C'est essentiellement grâce à l'étude des ondes sismiques qu'on connait la structure de l'intérieur de la Terre, telle que décrite dans le modèle PREM.
Source : https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/FEL2019.xml
Plus les ondes sont enregistrées loin du foyer du séisme et plus elles sont allées en profondeur (cf. la coupe du globe ci-contre qui représente trois "rais" sismiques). Ceci permet de connaître la vitesse des ondes sismiques en fonction de la profondeur.
Dans un milieu parfaitement homogène, les ondes se déplacent en ligne droite : les rais ont une forme concave à cause de la variation de la densité des roches avec la profondeur.
La lumière se propage sous forme d'ondes lumineuses : on a tous observé son comportement curieux au passage d'une interface, par exemple lorsque la lumière passe de l'air à l'eau. Il se produit un phénomène de réflexion (on peut être ébloui) et de réfraction (les objets dans l'eau semblent "cassés").
Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Réfraction
Le même phénomène (réflexion, réfraction) arrive à tout type d'onde, y compris aux ondes sismiques. Ceci, en modifiant leur vitesse (au passage de l'interface), permet aux sismologues de détecter ces interfaces (elles correspondent aux frontières entre les différentes enveloppes du globe).
L'étoile représente le foyer du séisme, les flèches vertes les rais sismiques, les arc de cercle les surface de discontinuité (ou interfaces) entre les enveloppes à l'intérieur du globe.
Source : http://www.volcanogeol.com/magmatis/terre/index.htm
On a mesuré la vitesse des ondes sismiques P et S en fonction de la profondeur. Les résultats sont groupés dans le tableau ci-dessous.
| profondeur (km) | Vp (km.s-1) |
Vs (km.s-1) |
|---|---|---|
| -80 | 8,1 | 4,5 |
| -150 | 8,0 | 4,4 |
| -220 | 8,6 | 4,6 |
| -400 | 8,9 | 4,8 |
| -400 | 9,1 | 4,9 |
| -500 | 9,7 | 5,2 |
| -600 | 10,2 | 5,5 |
| -670 | 10,3 | 5,6 |
| -670 | 10,8 | 5,9 |
| -771 | 11,1 | 6,2 |
| -1071 | 11,6 | 6,4 |
| -1571 | 12,3 | 6,7 |
| -2071 | 12,9 | 7,0 |
| -2571 | 13,5 | 7,2 |
| -2891 | 13,7 | 7,3 |
| -2891 | 8,1 | 0 |
| -3071 | 8,4 | 0 |
| -3571 | 9,1 | 0 |
| -4071 | 9,6 | 0 |
| -4571 | 10,0 | 0 |
| -5150 | 10,4 | 0 |
| -5150 | 11,0 | 3,5 |
| -5571 | 11,2 | 3,6 |
| -6071 | 11,2 | 3,7 |
| -6371 | 11,3 | 3,7 |
Source : livre de SvT 1eS Didier, 2001
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